一、辐照处理简介
   辐照处理指用高能射线辐照宝石，使其颜色发生改变的处理方法。辐照处理常附加热处理，适用于由色心引起颜色的宝石，主要是使宝石产生或部分消除结构缺陷，得到不同的色心，而呈现出所需要的颜色。
    自1904年发现了γ-射线后，随后的1923—1926年间科学家开始用辐照法改变矿物的颜色，进行矿物颜色的一般辐照实验。到1947年，美国的宝石研究所鲍尔先生才系统地进行了矿物的辐照改色工作。我国在宝玉石改色方面的研究工作起步较晚，到了70年代初以水晶辐照致色研究为开端，随着科技的进步，辐照改色珠宝的研究在全国轰轰烈烈地开展起来。
    辐照处理是争论最大的用来改善宝石颜色外观的方法。因为它使宝石的颜色得到了改善，而又难以鉴别，而且许多辐照处理改色宝石的颜色对低温甚至是光线都很不稳定。甚至由于有残余放射性，还可能对人的身体有害，因此，此方法被归为优化处理中的处理一类，在市场出售时要求公开。
    辐照改色比较成功的宝石有钻石、托帕石、锆石、石英、绿柱石及珍珠等。

二、辐照处理的原理
    从基本原理讲，辐照即是粒子或电磁波的能量发射。辐射的类型之一，即电离辐射，具有足够的能量使宝石产生色心或相似的变化。这些辐射形式可能包括粒子(缺失电子的高速氦原子)，粒子(高速电子)和γ射线(与X射线相近但具有更高能量的高能光子)或中子(具有同一个氢原子相近重量的中性氩原子粒子)。
    辐照使宝石产生色心，致色的原理要涉及到晶体的缺陷、空位、色心、能带等理论。
    如水晶辐照变茶、烟色是“色心致色”的典型实例。水晶是一种含少量铝杂质的晶体，A13+离子取代了晶格中的Si4+离子。由于Al3+的正电荷较少，晶体场理论认为它对晶格中与其相连的氧离子的价电子的静电引力也比其他Si4+离子相连的氧离子的价电子要弱。如果受到辐照后与Al3+相连的某一个氧原子上的价电子就会失去一个，从而产生空位色心。于是留下的那个未成对的电子吸收有关的色光，使水晶产生颜色显示出烟色或茶色来。

三、辐照的设备及其射线类型特点
    从理论上讲，一切可以进行放射性辐照的源（装置），都可以作为辐照宝石的设备。不同的辐照源或装置对不同宝石的作用略有差别，其中各种射线的性质不同和各种宝石形成色心所需要的能量不同是产生这些差别的主要原因。例如，用Co60辐照水晶就可以得到满意的茶晶和黄晶等。而辐照黄玉得到的颜色就不理想，常使颜色很淡，而用中子辐照再经热处理就可以得到颜色较深的蓝色黄玉。
    目前常用作为辐照宝石的设备有各式反应堆（产生高能中子）、电子加速器（产生高能电子）、钴源等，宝石经辐照后所产生的残余放射性与宝石样品所受哪种射线(γ、β、中子)照射及其辐照注入量，样品中杂质元素的种类及含量多少，被活化杂质的半衰期等密切相关。线性加速器或核反应堆可能产生残余放射性。

辐照改色的途径主要有：
    1． 镭照射处理（α粒子）：
    1904年William Crooks爵士首次将钻石与放射性镭的盐类接触时，钻石产生了绿色，主要是由盐中α粒子的照射使钻石表面有20μm厚的绿色。现在这种方法已被放弃了。
    主要的特点：
a.α粒子为带电粒子，无法入射钻石内部，钻石的绿色仅在表层。
b.绿色是永久性的，不会褪色。
c．被处理的钻石在较长的时间内有放射性，会对人体造成伤害。
    2．人工产生的元素镅辐射处理(α粒子)：
    辐射后的金刚石进行强有力的清洗，可以不带有任何放射性痕迹；
    3．回旋加速器处理（质子、氘核、α粒子）：
    轰击金刚石，使之着色；运用回旋加速器对亚原子粒子如质子、氘核或α粒子进行加速，然后让这些高速运行的带电粒子对钻石进行轰击，可以使钻石产生暗绿至黑色。
    主要特点：
a. 亚原子粒子均带电，不能穿入钻石深部，颜色仅在钻石的表面。
b. 辐照产生的颜色为暗绿色，处理时间较长则为黑色。
c. 经处理的钻石开始有放射性，但较短暂。
d. 颜色是稳定的，长久不会褪色。
e. 在500～900℃加热，可以使绿色转变成黄色、橙色或褐色。
　4．线性加速器（高能电子）
    用Van de Graaff发生器加速的电子，轰击钻石可以使钻石产生蓝至蓝绿色调。
    主要特点：
a. 电子带电，但质量较α粒子小很多，因而处理钻石虽不能穿透整个钻石，但深度可达2mm。
b. 辐照时会产生热量，但可以控制在400℃以下。
c. 处理的颜色不会褪色，但在表面分布不均匀。
d. 基本没有对人体有伤害的放射性。
e. 加热处理可以使钻石颜色转成桔黄、粉红-红紫和褐色。
　5．核反应堆处理（高能中子）
   将钻石置于核反应堆中，用中子轰击，这种方法是目前辐照处理钻石的主要方法。
    主要的特点：
a. 中子不带电荷，可以穿透钻石，因而钻石的辐照处理产生的颜色是整体的。
b. 辐照先产生的是绿色，进一步辐照会产生暗绿-黑色。
c. 绿色是永久的，不会褪色。
d. 辐照的初期会有放射性，但很短暂，因而成品不会对人体有伤害。
    6．γ射线处理
    采用CO60产生γ射线对钻石进行辐照处理，可以使钻石变成蓝或蓝绿色。
    主要特点：
a.γ射线穿能力强，可以使整个钻石改色。
b. CO60产生γ射线能量较低,使处理过程很长，需要好几个月的时间，因而这种方法目前几乎没有应用。
   γ-射线通常能产生满足大多数宝石要求的结果,它是最常用的辐照方法。γ-射线不诱发放射性，因此不具有残余放射线，是非常安全的辐照装置，可放心应用该射线处理过的各类宝石。β-射线诱发少量的放射性，因此对于用该射线处理的宝石必须进行放射线测量后方可安全使用。中子-射线诱发一定量的放射性物质，必须进行严格检测才可上市出售。

四、辐照宝石时要注意的问题
（1）为保证产品颜色的均匀，必须实现均匀辐照，在辐照时转动或反复翻动宝石。
（2）为避免样品在辐照时温度过高炸裂，应采用相应的冷却措施。如加入 循环冷却水，或周期性将样品暴露在空气中冷却。
（3）为得到满意的颜色深度，需控制足够的放射剂量，要使宝石的颜色较深，则要反复辐照。在辐照计量尚未饱和之前，宝石颜色的深度与辐照剂量成正比，辐照的时间越长，得到宝石的颜色越深。一般当辐照的剂量饱和之后，宝石的颜色就不变化了。
（4）辐照改善的宝石，颜色有时不稳定，遇到光和热容易退色，常用低温加热的方法去掉不稳定色心，使稳定色心保留。但低温加热后常有颜色变化，如果加热的温度控制不好会使宝石完全退色恢复辐照前的颜色。

一、钻石
    天然彩色钻石非常稀少，价格昂贵，因此如何确定彩色钻石的颜色是天然成因还是人工辐照处理成因成为现今宝石学家面临的最大挑战。辐照与热处理相配合改变钻石的颜色,可称为永久性改色法。辐照产生色心，色心可随后通过加热予以改造，这种方法只适用于有色而且颜色不好的钻石，如褐色钻石可改变为美丽的天蓝色、绿色。但它不能使钻石的颜色变浅。不能用此方法提高颜色的色级。
    最初对宝石进行辐照处理的便是钻石。一般来说，对钻石进行辐照处理有镭盐处理、回旋加速器处理、中子辐照和电子辐照等几种方法。
1．镭盐处理：通过将钻石埋于镭盐中而使钻石形成绿色。这种方法会产生长期的放射性。在珠宝界，这种镭处理致色钻石一直存在。
2．应用回旋加速器处理：这种辐照处理方式可以使钻石产生多种颜色，包括绿色，蓝绿色和黑色。之后采用加热淬火可以产生黄色至褐色，以及不太常见的粉红色，红色或紫红色。
3．中子辐照和电子辐照：中子辐照和电子辐照是对钻石进行辐照处理最理想的方法，同其它方法相比，其所形成的颜色较为均匀，鉴定起来更加困难，对绿色钻石更是如此。
辐照处理钻石的检测：
1．颜色分布：在天然致色彩色钻石中，色带可为直线状或角状，并与晶面平行，而人工致色的钻石中，色带则平行于琢型宝石的小面。应用回旋加速器处理的钻石所产生的颜色具有分布集中的特点，且颜色分布与琢型宝石的形状有关，也与轰击方向有关。从亭部辐照导致在圆钻型切工宝石围绕底尖颜色成环状存在，形成“伞状效应”；阶梯形琢型钻石显示靠近底面并与它平等的窄的色带。从冠部辐照则导致冠部刻面轮廓的颜色富集；可见围绕腰棱的深色环。若从石的边部轰击，则无特征的图案，但靠近轰击源一侧的颜色要深的多。
2．吸收光谱：辐照处理的钻石基本上基于宝石的光谱学吸收性质，使用分光光度计测定光谱为主要的鉴定方法。含氮的无色钻石经辐照和加热处理后可产生黄色。一般认为黄颜色是由H3和H4色心引起，且以H4色心占优势，而天然黄色钻石没有H4或H4色心不明显，在吸收光谱中，由H4色心引起的吸收线的存在被认为是钻石经辐照的证据。但H4线的缺失并不能说明钻石颜色就一定是天然的。另外经辐照而成的黄色钻石还可以存在595nm的吸收线，但是在样品辐照后再次加热的程中，随着温度的不断上升，595nm吸收线将消失，与此同时在红外光谱区将出现H1b和H1c吸收线的辐照钻石，因此595nm或H1b和H1c线的出现，是辐照钻石的鉴定依据。
3．导电性：天然致色的蓝色钻石属于IIb型并能导电和透过短波紫外光，而辐照而成的蓝色钻石则不具有导电性。 4．镭盐处理钻石可以通过使用盖革计数器以及使用自动射线照相（照相底片在夜间进行几个小时曝光看是否在底片上留下钻石的影迹）检测出来。
另外，辐照钻石的颜色不是典型的天然颜色，对于那些对有色钻石的外观熟悉的人可以识别出某些经过辐照处理的钻石，但对彩钻这种贵重宝石最好交给宝石实验室进行检测。

二、黄玉
    最具有商业价值的辐照处理要属黄玉。而且辐照处理的黄玉多年来已经具有较高的知名度。通过辐照处理和（或）热处理可增强或产生粉红色、黄色、褐色和蓝色黄玉的颜色。一切可以产生放射性射线的装置，均可以做为辐照处理黄玉的设备。
   
    最初是采用Y槽处理，使黄玉产生蓝色。这种处理同时也产生了黄色和褐色色调。使颜色带有“钢灰色”，这种方法现在只被用做对黄玉处理的前期试验方法，因为对Y射线短暂曝光即呈现蓝色的无色黄玉对于线性加速器上的高能辐照处理更易产生变化。这种试验的优点就是以这种方法前期筛选的黄玉不会带有任何残余放射性，因此不必费时间便可将其分类用于后来的“线性”加速器处理。
    线性加速器可获得较深的颜色，但也必须再进行热处理以去除其产生的黄色色调。且此方法会导致残余放射性，所以处理过的黄玉不能马上投放市场。用核反应堆对黄玉进行辐照处理可直接变成蓝色而不需要随后的加热步骤。最典型的反应堆辐照致色是中至深的灰蓝色；常常具有“墨水”外观。有时采用热处理去除这种墨水外观，产生较浅的更饱和的颜色。但用核反应堆处理的任何宝石都具有残余放射性。因此辐照后的托帕石必须储存一定时间直到放射性衰减到一定水平，才可用于商业上。
    现在人们有时结合几种处理方法用于产生较深颜色且不带有墨水状外观黄玉。这种结合处理通常以核反应堆辐照开始，继之采用线性加速器，最后采用加热处理。
辐照处理黄玉的检测：
    尽管根据颜色的强度和深度可以说大多数辐照处理的蓝色黄玉的颜色在自然界还从没有发现，但到目前为止，还没有任何非破坏性办法能准确证明蓝色托帕石的颜色是否经优化处理。然而，如果已确定它是处理过的，则应该指出。另外，一些黄色和褐色黄玉，无论是天然或人工致色的，在光的照射下均可能褪色。

三、蓝宝石
   无色、浅黄色和某些浅蓝色蓝宝石经辐照可产生（辐照可产生两种黄色色心一种是在光中迅速退色YFCC的色心，另一种是在光中较稳定和500以下温度不退色的YSCC色心，但大多是产生YFCC色心）深黄色或橙黄色蓝宝石，一般极不稳定，在太阳光下几小时或用酒精灯烧一两分钟就会退色。这种处理具有价值的原因是因为辐照处理产生的颜色范围相似于热处理金色蓝宝石，因此日常人们用“退色试验”来确定金色蓝宝石颜色的稳定性。粉红色蓝宝石通过辐照处理也可产生稀少的橙-粉红色蓝宝石。
   
辐照处理蓝宝石的检测：
    辐照处理蓝宝石不易检测，但颜色通常与未处理过的天然材料的颜色不相同。

四、绿柱石
    绿柱石经不同能量的射线辐照后,可以产生颜色的变化,常用的放射源有X射线、Y射线及高、低电子等。颜色由无色变成黄色（2500C以下稳定），蓝色变成绿色，粉红色变成橙黄色。还可以使一些天然无色绿柱石转变为粉红色，（国内对无色或绿色的绿柱石进行辐照处理后，得到了金黄色和蓝绿色的绿柱石）这些颜色对光是稳定的。其中特殊的一个类型称为Maxixe型绿柱石。Maxixe型无色、暗蓝色、绿色、黄色、粉色、蓝色绿柱石：经Y射线或短波紫外线照射后，形成深钴蓝色的绿柱石。辐照处理的宝石无放射性，但其产生的钴蓝色不稳定，较温和的加热或光照，就会使其褪色。现在市场上出现的钴蓝色绿柱石均为辐照产品，这种材料在珠宝业没有应用价值。
辐照处理绿柱石的检测：
    辐照处理一般绿柱石不易检测，但Maxixe型辐照处理蓝色绿柱石具有以下鉴别特征：其颜色呈钴蓝色，有别于海蓝宝石的天蓝色；其可见光的吸收光谱是在红区（695nm、655nm）有两个带，在橙、黄、黄绿区628nm、615nm、581nm、550nm伴有较弱的带（也有资料报道为688nm、624nm、587nm、560nm处的吸收带），在海蓝宝石中没有发现这些带。观察二色性时，Maxixe型蓝色绿柱石的蓝色出现于常光方向非常光方向大多呈无色，而海蓝宝石二色性中深色是在非常光方向。另外，Maxixe型蓝色绿柱石，富含稀有金属Cs和B，密度2.80g/cm3、折射率1.548-1.592，均高于一般的绿柱石。

五、碧玺 
   辐照处理主要用于产生或加强碧玺的粉红色至红色，这两种颜色是碧玺最常见的颜色。无色或粉红色的电气石处理可变成更好的红色，但在颜色改变的同时经常会产生大量裂纹。某些碧玺在经过辐照处理后产生黄色、橙色。有时辐照也能产生红和绿双色碧玺。绿碧玺在电子轰击下颜色不会发生改变。这种处理不易检测。

六、石英 
   几乎所有石英均可通过辐照形成烟色。先对无色水晶进行辐照使其变为深棕色，黑色，再经热处理减色，以形成所需的颜色。不易测定。
   芙蓉石辐照后可加深颜色，颜色稳定，不易测定。
   辐照处理也可用于无色石英材料生产紫晶、黄晶。

七、其他宝石
1.长石
    由白色微斜长石处理成蓝色天河石，很少见，不易检测。
2.方柱石
    由无色或黄色方柱石辐照处理成紫色，不稳定，遇光会褪色。
3.锂辉石
    无色或近无色的锂辉石经辐照可转变成粉红，稍加热或见光会褪色。另外辐照产生的橙色、黄色、黄绿色锂辉石颜色稳定，但有残留放射性，不易检测。
   紫锂辉石经辐射后还可变为绿色，某些锂辉石经中子辐射后变为亮黄色，这种颜色无天然对应物。
4.方解石
    经过辐照后方解石，冰洲石可变成金黄色、黄色、粉色、个别有紫色。无论有色或无色方解石辐照后均可改变或增强其颜色。但辐照后的颜色会慢慢褪色，在日光下会褪到原来的颜色。不易检测
5.珍珠
    经辐照可成灰色、蓝灰色、绿黑色、蓝黑色等，并不是所以的珍珠都可利用辐照改变颜色。实验证明在Y射线辐射中淡水珍珠比海水珍珠易改变颜色。其颜色对光照和热是稳定的。
   放大检查，珍珠质层可见辐照晕斑，拉曼光谱与未处理黑色养殖珍珠有差异。